專利名稱：一種涂層梯度硬質(zhì)合金刀具材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及刀具材料。
背景技術(shù)：
硬質(zhì)合金是一種以難熔金屬化合物(WC、TaC、TiC、NbC等)為基體，以過渡族金屬(Co、N1、Fe)為粘結(jié)相，采用粉末冶金方法制備的金屬陶瓷工具材料。由于其高硬度、高強度、高彈性模量、耐磨損、耐腐蝕、熱膨脹系數(shù)小以及化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點，在金屬切削加工領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。在高速切削時，刀刃溫度最高可達(dá)900°C。刀具的失效形式主要表現(xiàn)為崩刃和磨損。刀具崩刃主要是由于刀具基體內(nèi)產(chǎn)生裂紋并擴展引起的。為了盡可能防止由于裂紋擴展而導(dǎo)致的材料失效，可對基體進(jìn)行梯度處理，是在涂層基體表面區(qū)域形成脫立方相碳化物和碳氮化物的韌性區(qū)域，這種結(jié)構(gòu)既有利于涂層與基體的結(jié)合，又可形成韌性緩沖區(qū)。當(dāng)裂紋擴展到該區(qū)域時，其良好的塑性和韌性可以吸收裂紋擴展時的能量。能夠有效地阻止涂層中形成的裂紋向合金內(nèi)部擴展，提高界面結(jié)合強度和降低界面應(yīng)力集中，延長合金切削工具的使用壽命。刀具的磨損主要表現(xiàn)為機械摩擦磨損(刀具后面磨損的主要形式)、粘結(jié)磨損、擴散磨損、摩擦氧化磨損(刀具刀刃磨損及月牙洼磨損的主要形式)和疲勞磨損，這5種磨損直接影響刀具使用壽命。目前，傳統(tǒng)刀具材料存在強度和韌性差，耐熱及抗氧化性弱導(dǎo)致使用壽命短并且影響被切削件精度的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要解決傳統(tǒng)刀具材料存在強度和韌性差，耐熱及抗氧化性弱導(dǎo)致使用壽命短并且影響被切削件精度的問題，而提供一種涂層梯度硬質(zhì)合金刀具材料。一種涂層梯度硬質(zhì)合金刀具材料的由基體和涂層材料組成，所述基體按重量份數(shù)由60 80份WC粉末、5 10份TiC粉末、10 15份(Ta, Nb)C固溶體粉末、5 15份Co粉和0.07 0.15份La與Sm混合稀土粉末構(gòu)成；涂層材料按重量份數(shù)由25 50份Ti元素、15 35份Al元素、25 60份N元素和0.33 5份Si元素構(gòu)成。本發(fā)明添加稀土元素Sm的硬質(zhì)合金中，WC的晶粒度由原始粒度3.04 μ m減小到了 2.54μπι，稀土元素Sm對WC晶粒度的細(xì)化作用可解釋為:(I) Sm減少了合金中的游離碳，則Co液相相對減少，亦減少了 WC溶解-析出長大的機會；(2) Sm易于粘附于WC顆粒表面，則減低了 WC表面能，使WC在液相中的溶解度下降，阻礙了重結(jié)晶過程，抑制了 WC長大。稀土元素La對雜質(zhì)元素硫、氧、氮、鈣等有很大的親和力，易于和界面上的這些雜質(zhì)元素S形成復(fù)雜化合物L(fēng)aS，還能改善化合物的形態(tài)，成為理想的球狀。試驗證實，添加稀土元素后硬質(zhì)合金中雜質(zhì)元素的含量減少至其未添加稀土元素的50% 60%?；衔餅榍驙钸@一特點增加了硬質(zhì)合金的斷裂韌性，初步計算約增加了 10%。凈化作用使粘結(jié)相在WC上的潤濕性得到改善，提高了界面連接強度，這也是稀土強化硬質(zhì)合金的主要原因之一。粘結(jié)相由高溫冷卻到室溫是Y fee— Yhcp是擴散型相變。其中主要是Yfcc相，Yhcp相所占比例為10%左右。由于La和Sm的綜合作用可以抑制此擴散型相變，La會和Co (fee)易于生成Co12La、Co5La, Sm與Co (fee)易于生成Co17Sm2、Co7Sm2,減少Y fee的含量,從而可以減少Yhcp在粘結(jié)相中含量。稀土本身并不能固溶于Y中，但是由于兩種稀土元素在WC/Co相界面上的偏聚卻影響了 W、Ti等元素從Co中的脫溶?？梢蕴岣哒辰缦嘀械腤、Ti含量，從而可以起到固溶強化的作用。本發(fā)明的有益效果是:1、刀具基體具備較高的強度和韌性；2、刀具微觀結(jié)構(gòu)孔隙率低，晶界純凈且晶粒細(xì)?。?、刀具涂層材料具備低摩擦系數(shù)，同時具有高室溫硬度和高溫硬度，抗氧化性強；4、該刀具涂層的耐熱及抗氧化溫度在1000°C ；5、刀具的切削性能明顯高于普通TiAlN刀具的性能，使用壽命約提高50% ；6、加工后的工件表面粗糙度降低了 30%，尺寸精度提高了 50%，效率提高了 50%。本發(fā)明用于制備一種涂層梯度硬質(zhì)合金刀具。
具體實施例方式本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉的具體實施方式
，還包括各具體實施方式
之間的任意組合。
具體實施方式
一:本實施方式一種涂層梯度硬質(zhì)合金刀具材料的由基體和涂層材料組成，所述基體按重量份數(shù)由60 80份WC粉末、5 10份TiC粉末、10 15份(Ta，Nb )C固溶體粉末、5 15份Co粉和0.07 0.15份La與Sm混合稀土粉末構(gòu)成；涂層材料按重量份數(shù)由25 50份Ti元素、15 35份Al元素、25 60份N元素和0.33 5份Si元素構(gòu)成。本實施方式的有益效果是:1、刀具基體具備較高的強度和韌性；2、刀具微觀結(jié)構(gòu)孔隙率低，晶界純凈且晶粒細(xì)??；3、刀具涂層材料具備低摩擦系數(shù)，同時具有高室溫硬度和高溫硬度，抗氧化性強；4、該刀具涂層的耐熱及抗氧化溫度在1000°C ；5、刀具的切削性能明顯高于普通TiAlN刀具的性能，使用壽命約提高50% ；6、加工后的工件表面粗糙度降低了 30%，尺寸精度提高了 50%，效率提高了 50%。
具體實施方式
二:本實施方式與具體實施方式
一不同的是:WC粉末的平均粒度為
0.5μηι 3.5μηι。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三:本實施方式與具體實施方式
一或二不同的是:La與Sm混合稀土粉末中La和Sm的質(zhì)量比為1: 1，混合稀土粉末的平均粒度為0.1 μ m 0.5 μ m。其它與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四:本實施方式與具體實施方式
一至三之一不同的是:Si元素的平均粒度為IOnm lOOnm。其它與具體實施方式
一至三之一相同。
具體實施方式
五:本實施方式與具體實施方式
一至四之一不同的是:涂層材料厚度為5μηι 40μηι。其它與具體實施方式
一至四之一相同。采用以下實施例驗證本發(fā)明的有益效果:實施例一:本實施例一種涂層梯度硬質(zhì)合金刀具材料的基體按重量份數(shù)由70份WC粉末、8份TiC粉末、12份(Ta，Nb) C固溶體粉末、10份Co粉和0.14份La與Sm混合稀土粉末構(gòu)成；涂層材料按重量份數(shù)由36.5份Ti元素、28份Al元素、35.5份N元素和2.4份Si元素構(gòu)成。其中，WC粉末的平均粒度為Ιμπι 2ym，La與Sm的質(zhì)量比為1: 1，混合稀土粉末的平均粒度為I μ m 2 μ m，Si元素的平均粒度為80nm，涂層材料厚度為30 μ m。本實施例制備的涂層梯度硬質(zhì)合金刀具經(jīng)鋼軌測試有以下結(jié)果:
切削速度a v=300m/min,進(jìn)給量 f=0.2mm/r,背吃刀量 ap=0.8mm (軌面)、2mm (軌側(cè))，鋼軌材料:U71Mn。該刀具性能檢測結(jié)果如下:涂層后合金的物理和力學(xué)性能
權(quán)利要求
1.一種涂層梯度硬質(zhì)合金刀具材料，其特征在于一種涂層梯度硬質(zhì)合金刀具材料的由基體和涂層材料組成，所述基體按重量份數(shù)由60 80份WC粉末、5 10份TiC粉末、10 15份(Ta，Nb) C固溶體粉末、5 15份Co粉和0.07 0.15份La與Sm混合稀土粉末構(gòu)成；涂層材料按重量份數(shù)由25 50份Ti元素、15 35份Al元素、25 60份N元素和0.33 5份Si元素構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種涂層梯度硬質(zhì)合金刀具材料，其特征在于WC粉末的平均粒度為0.5 μ m 3.5 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種涂層梯度硬質(zhì)合金刀具材料，其特征在于La與Sm混合稀土粉末中La和Sm的質(zhì)量比為1:1，混合稀土粉末的平均粒度為0.1 μ m 0.5 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種涂層梯度硬質(zhì)合金刀具材料，其特征在于Si元素的平均粒度為10nm 100nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種涂層梯度硬質(zhì)合金刀具材料，其特征在于涂層材料厚度力 5 μ m 40 μ m。
全文摘要
一種涂層梯度硬質(zhì)合金刀具材料，本發(fā)明涉及刀具材料。本發(fā)明是要解決傳統(tǒng)刀具材料存在強度和韌性差，耐熱及抗氧化性弱導(dǎo)致使用壽命短并且影響被切削件精度的問題。一種涂層梯度硬質(zhì)合金刀具材料的由基體和涂層材料組成，所述基體由WC粉末、TiC粉末、(Ta,Nb)C固溶體粉末、Co粉和La與Sm混合稀土粉末構(gòu)成；涂層材料由Ti元素、Al元素、N元素和Si元素構(gòu)成。本發(fā)明刀具基體具備較高的強度和韌性，抗氧化性強，切削性能明顯高于普通TiAlN刀具的性能，使用壽命約提高50%，加工后的工件表面粗糙度降低了30%，尺寸精度提高了50%。本發(fā)明用于制備一種涂層梯度硬質(zhì)合金刀具。
文檔編號C22C29/16GK103114233SQ20131008040
公開日2013年5月22日 申請日期2013年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月13日
發(fā)明者陳輝, 王麗君, 茍國慶, 劉艷, 陳林 申請人:成都廣正科技有限公司